車底設(shè)備對(duì)城際列車氣動(dòng)特性影響研究

洪琪琛，楊明智，劉冬雪

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車底設(shè)備對(duì)城際列車氣動(dòng)特性影響研究

洪琪琛，楊明智，劉冬雪

(中南大學(xué) 交通運(yùn)輸工程學(xué)院，軌道交通安全教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，湖南 長沙 410075)

采用數(shù)值模擬方法，在明線及橫風(fēng)環(huán)境運(yùn)行條件下，對(duì)城際列車安裝裙板或設(shè)備艙后車底設(shè)備的氣動(dòng)性能進(jìn)行分析。研究結(jié)果表明：明線條件下，安裝裙板后整車阻力下降7.48%，而采用設(shè)備艙結(jié)構(gòu)整車阻力下降10.51%；橫風(fēng)條件下，安裝裙板后減少了車底設(shè)備的氣動(dòng)阻力，但各節(jié)車側(cè)向力增加2%~8%；采用設(shè)備艙結(jié)構(gòu)各車阻力下降39.22%，23.52%，30.02%和43.70%，頭車側(cè)向力急劇變化，增加了61.76%，列車行駛安全性下降。本文為城際列車的外形優(yōu)化提供參考依據(jù)。

城際列車；數(shù)值計(jì)算；氣動(dòng)特性；車底結(jié)構(gòu)

城際列車指2座相距不遠(yuǎn)的重要城市之間開行的多班次趨向公交化的中小編組短途旅客列車，是連結(jié)城市間的鐵路運(yùn)輸系統(tǒng)，其運(yùn)輸距離較長，通常超過200 km，運(yùn)行速度在100~200 km/h之間[1?2]。津京冀地區(qū)城際列車開通以來，由于其大運(yùn)量、高密度和公交化等特色，大大縮短了連接城市的時(shí)空距離，對(duì)于加強(qiáng)津京冀地區(qū)經(jīng)濟(jì)一體化，促進(jìn)環(huán)渤海地區(qū)經(jīng)濟(jì)交流和人員往來發(fā)揮重要作用。近幾年，隨著京哈、京廣、京滬、隴海、哈大和東南沿海等一大批客運(yùn)專線的全線貫通，城際列車的發(fā)展空前繁榮[3?5]。然而，目前國內(nèi)對(duì)城際列車氣動(dòng)性能方面的研究處于空白期[6]，隨著其運(yùn)行速度的提升，安全問題和能耗問題日益加深，亟需研究城際列車的氣動(dòng)特性。我國列車長期低速行駛，既有列車均為鈍型列車，車輛車體底部一般為無底罩無裙板結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致傳統(tǒng)列車運(yùn)行速度為120 km/h時(shí)空氣阻力占到總阻力的40%。在列車低速運(yùn)行過程中被忽略的例如氣動(dòng)阻力等問題隨著列車運(yùn)行速度不斷提升，再次引起了人們的關(guān)注[7?9]。對(duì)于高速列車，主要通過將頭車流線型化和表面順化等方式進(jìn)行減阻，其中表面光順化的主要措施是將車頂及車底的設(shè)備完全裝入設(shè)備以減少列車在運(yùn)行時(shí)受到的壓差阻力，國內(nèi)外學(xué)者針對(duì)列車底部結(jié)構(gòu)優(yōu)化研究進(jìn)行了大量探索。熊駿等[10]采用數(shù)值計(jì)算方法分析地鐵車輛在明線行駛時(shí)車輛裙板結(jié)構(gòu)對(duì)整車氣動(dòng)性能的影響，研究表明安裝裙板可以有效降低地鐵車輛轉(zhuǎn)向架區(qū)域的氣動(dòng)阻力，尤其對(duì)來流方向第1臺(tái)轉(zhuǎn)向架的影響最為顯著，但同時(shí)也會(huì)導(dǎo)致列車車身阻力的增加。楊志剛等[11]用計(jì)算流體力學(xué)方法分析，發(fā)現(xiàn)高速列車安裝裙板后氣動(dòng)阻力因數(shù)降低0.059，占總阻力因數(shù)的12.7%。黃志祥等[12]發(fā)現(xiàn)在車身側(cè)面裙板包住轉(zhuǎn)向架外露的部分越多越利于減少空氣阻力，這是由于裙板包住轉(zhuǎn)向架使得轉(zhuǎn)向架側(cè)面雜亂的氣流變得平順，從而空氣阻力明顯減少。城際列車的運(yùn)行速度一般介于地鐵列車和高速列車之間，關(guān)于車下結(jié)構(gòu)對(duì)列車的氣動(dòng)性能影響研究較少，本文對(duì)城際列車自身阻力分布特性進(jìn)行分析，精確評(píng)估裙板及設(shè)備艙對(duì)城際列車運(yùn)行時(shí)氣動(dòng)性能的影響，對(duì)城際列車的外形優(yōu)化提出意見。

1 數(shù)學(xué)模型

城際列車在明線和大風(fēng)環(huán)境下運(yùn)行時(shí)，車體周圍流場均遵循物理守恒定律，屬于定常問題，在本文中通過質(zhì)量守恒方程、動(dòng)量守恒方程和能量守恒方程來體現(xiàn)；本文研究的列車運(yùn)行速度為160 km/h，馬赫數(shù)小于0.3，因此，引起的空氣流動(dòng)是不可壓縮的湍流流動(dòng)，針對(duì)不可壓縮的基本控制方程進(jìn)行求解；流場計(jì)算軟件FLUENT提供多種湍流模型，在本次模擬計(jì)算過程中，選取在工程上應(yīng)用范圍較廣的-方程進(jìn)行數(shù)值求解；整個(gè)流場采用三維、不可壓、定常的 Navier-Stokes方程和-兩方程湍流模型進(jìn)行數(shù)值模擬，方程如下[13]。

連續(xù)性方程：

方向動(dòng)量方程：

方向動(dòng)量方程：

方向動(dòng)量方程：

湍流動(dòng)能方程：

湍流動(dòng)能耗散率方程：

上述方程均忽略了空氣的質(zhì)量力。式中：為速度矢量；，，為各坐標(biāo)方向的速度分量；為空氣密度；eff和eff分別為有效黏性系數(shù)和有效壓力，其值與湍流動(dòng)能和湍流動(dòng)能耗散有關(guān)。上述6個(gè)方程含有6個(gè)未知量：，，，和-方程組封閉，可以進(jìn)行數(shù)值求解。

采用商業(yè)CFD軟件Fluent進(jìn)行計(jì)算，速度-壓力耦合計(jì)算采用SIMPLEC算法，離散格式中，壓力項(xiàng)采用二階迎風(fēng)格式離散，動(dòng)量、湍流動(dòng)能和湍流耗散率采用QUICK格式離散。

2 計(jì)算模型及區(qū)域

2.1 計(jì)算模型

本文主要研究車下設(shè)備對(duì)城際列車氣動(dòng)效應(yīng)的影響。我國城際列車一般采用6車編組，為了簡化計(jì)算過程，節(jié)約計(jì)算時(shí)間，本文計(jì)算模型采用4車編組，車下設(shè)備對(duì)稱分布，根據(jù)CEN Standard[14]中對(duì)模型簡化的要求，對(duì)模型進(jìn)行必要且合理的簡化。列車模型長94.3 m，寬3 m，高3.7 m，橫截面積為9.56 m2。為研究裙板對(duì)列車流場的影響，在原列車模型的基礎(chǔ)上，保留轉(zhuǎn)向架和風(fēng)擋等細(xì)部結(jié)構(gòu)，并在列車上增加裙板，由于端裙板結(jié)構(gòu)凹槽內(nèi)的渦流容易將道碴卷起擊破底部裙板，所以本次裙板采用中裙板結(jié)構(gòu)，即安裝在兩轉(zhuǎn)向架之間，按照相同的網(wǎng)格尺度離散。列車增加設(shè)備艙處理方式與列車增加裙板處理方式類似。計(jì)算列車模型如圖1所示。

(a) 列車原始模型；列車底部全裸露；(b) 安裝裙板后列車模型；(c) 安裝設(shè)備艙后列車模型；(d) 頭車底部模型側(cè)視圖；(e) 頭車底部模型俯視圖

2.2 計(jì)算網(wǎng)格

列車流線型頭部、轉(zhuǎn)向架以及車下設(shè)備表面網(wǎng)格尺度為0.03 m，車身及風(fēng)擋處網(wǎng)格尺寸為0.08 m，距離列車較近的區(qū)域網(wǎng)格比較密，距離越遠(yuǎn)網(wǎng)格越稀疏。為準(zhǔn)確模擬車輛周圍流場和附面層效應(yīng)，對(duì)車身表面附近的單元進(jìn)行加密處理，車體、轉(zhuǎn)向架、車下設(shè)備的附面層均為35層。第1層網(wǎng)格厚度設(shè)置為1 mm，足以達(dá)到湍流模型的計(jì)算要求。轉(zhuǎn)向架結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，難以生成結(jié)構(gòu)網(wǎng)格，因此轉(zhuǎn)向架區(qū)域采用非結(jié)構(gòu)網(wǎng)格離散，其他區(qū)域用結(jié)構(gòu)網(wǎng)格離散。離散后網(wǎng)格數(shù)達(dá)到5 000萬以上。列車在橫風(fēng)環(huán)境下運(yùn)行時(shí)，列車背風(fēng)側(cè)的加密區(qū)大于迎風(fēng)側(cè)。表面網(wǎng)格尺寸和明線運(yùn)行時(shí)基本一致。因列車橫風(fēng)計(jì)算域大于明線運(yùn)行計(jì)算域，計(jì)算網(wǎng)格總數(shù)增加到5 500萬以上。上述具體網(wǎng)格圖見圖2。

2.3 計(jì)算區(qū)域及邊界條件

根據(jù)歐洲標(biāo)準(zhǔn)，列車明線運(yùn)行時(shí)，計(jì)算區(qū)域的大小應(yīng)保證流場充分發(fā)展。流場上游應(yīng)不小于8倍特征高度或1倍特征長度，流場下游應(yīng)不小于16倍特征高度或2倍特征長度[15]。這里的特征高度指列車頂面距地面的距離。特征高度取列車車頂?shù)降孛娴木嚯x，約為=3.7 m，取為4 m，特征長度取車長，約為=94.3 m，取為100 m。為確保流場充分發(fā)展，本文所采用的計(jì)算區(qū)域均適當(dāng)大于歐洲標(biāo)準(zhǔn)所規(guī)定距離。列車明線運(yùn)行計(jì)算區(qū)域大小為550 m×80 m×40 m。列車車輪底面到流場地面為0.2 m。車頭鼻尖點(diǎn)到流域入口距離為150 m，車尾鼻尖點(diǎn)到流域出口距離為300 m。列車在橫風(fēng)下運(yùn)行時(shí)，除需要考慮到列車運(yùn)行時(shí)，列車尾渦充分發(fā)展外，還需要考慮流域向車背風(fēng)一側(cè)漩渦的發(fā)展情況[16]。因此，列車橫風(fēng)運(yùn)行時(shí)的計(jì)算區(qū)域背風(fēng)側(cè)寬度按照標(biāo)準(zhǔn)大于20。列車在明線環(huán)境和橫風(fēng)環(huán)境下運(yùn)行時(shí)計(jì)算區(qū)域示意圖及邊界條件如圖3所示。

(a) 頭車表面；(b) 轉(zhuǎn)向架表面；(c) 頭車附面層；(d) 車下圓形設(shè)備附面層

(a) 明線環(huán)境下計(jì)算域；(b) 橫風(fēng)環(huán)境下計(jì)算域

3 計(jì)算結(jié)果及分析

3.1 數(shù)值方法驗(yàn)證

風(fēng)洞模型實(shí)驗(yàn)具有實(shí)驗(yàn)理論和實(shí)驗(yàn)手段成熟，測(cè)量精密，氣流參數(shù)如速度、壓力等易于控制，并且基本上不受天氣變化的影響等眾多特點(diǎn)。因此，被廣泛用于列車的繞流流場特性研究，實(shí)驗(yàn)所得結(jié)果與實(shí)際情況相似度較高，采用風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)數(shù)值計(jì)算結(jié)果進(jìn)行驗(yàn)證是一種切實(shí)可行的方法。

本次風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)在中國空氣動(dòng)力研究與發(fā)展中心8 m×6 m風(fēng)洞進(jìn)行。為使空氣繞模型流動(dòng)和繞實(shí)物流動(dòng)符合一定的相似準(zhǔn)則，前提是必須保證縮比模型與實(shí)物幾何相似，本次列車風(fēng)洞模型縮比為1:8，見圖4。

為排除列車運(yùn)行速度對(duì)表面壓力的影響，引入無量綱參數(shù)壓力系數(shù)C，其定義如下。

壓力系數(shù)：

其中：為列車表面壓力；0為遠(yuǎn)方均勻來流的靜壓；為來流密度；為來流速度。

為排除列車運(yùn)行速度對(duì)氣動(dòng)性能的影響，引入無量綱系數(shù)C，C，C和m，表達(dá)式分別如下。

阻力系數(shù)：

側(cè)向力系數(shù)：

升力系數(shù)：

傾覆力矩系數(shù)：

其中：F，F，F和M分別為列車運(yùn)行時(shí)的氣動(dòng)阻力、氣動(dòng)側(cè)向力、氣動(dòng)升力和傾覆力矩；為遠(yuǎn)方均勻來流的密度，取為1.225 kg/m3；為來流速度，橫風(fēng)環(huán)境下運(yùn)行時(shí)為列車運(yùn)行速度和橫風(fēng)速度的合成速度，m/s；為列車的橫截面參考面積，取9.56 m2，l取3 m。

圖4 風(fēng)洞試驗(yàn)?zāi)Ｐ?/p>

通過風(fēng)洞模型實(shí)驗(yàn)可以得到CRH2高速動(dòng)車組以300 km/h速度明線運(yùn)行時(shí)，高速列車阻力系數(shù)如表1所示。

表1 風(fēng)洞模型試驗(yàn)與數(shù)值計(jì)算阻力系數(shù)對(duì)比

從表1可以看出，風(fēng)洞模型試驗(yàn)結(jié)果與數(shù)值計(jì)算結(jié)果的對(duì)比分析表明，最大誤差均不超過7%，列車阻力系數(shù)吻合較好，數(shù)值計(jì)算方法能較準(zhǔn)確地反映列車氣動(dòng)阻力波動(dòng)規(guī)律，計(jì)算精度滿足工程應(yīng)用要求。

3.2 壓力分布

裙板主要通過阻擋進(jìn)入車底區(qū)域的氣流對(duì)列車底部流場產(chǎn)生影響。圖5為明線環(huán)境下無裙板和有裙板時(shí)列車底部設(shè)備表面壓力云圖。從圖中可以看出，裙板結(jié)構(gòu)有效地阻止了側(cè)面來流，車下設(shè)備前方來流速度較低，主要為底部來流，設(shè)備區(qū)域附近正壓區(qū)下移且基本呈左右對(duì)稱分布，負(fù)壓絕對(duì)值減小。在車底設(shè)備兩側(cè)安裝裙板可以很好地阻擋列車兩側(cè)的氣流進(jìn)入設(shè)備區(qū)域，設(shè)備前方正壓區(qū)減弱，兩側(cè)和后方負(fù)壓區(qū)減弱，最前端設(shè)備減弱效果最為明顯。

如圖6所示，為明線環(huán)境下設(shè)備艙對(duì)列車表面壓力系數(shù)的影響。圖6(a)為沿列車方向?qū)ΨQ截面，取列車上部頭車鼻尖點(diǎn)至尾車鼻尖點(diǎn)的壓力值。從圖中可知，有無設(shè)備艙時(shí)列車沿對(duì)稱軸方向壓力系數(shù)變化趨勢(shì)一致，最大值均出現(xiàn)在鼻尖點(diǎn)，設(shè)備艙對(duì)列車頂部壓力的影響可以忽略不計(jì)。圖6(b)為=0 m時(shí)車底表面壓力系數(shù)，從圖中可以看出，安裝設(shè)備艙有效地減緩了底部的壓力波動(dòng)，轉(zhuǎn)向架區(qū)域尤為明顯。圖6(c)為在=?22 m處列車表面壓力變化情況。從圖6(c)中可以看出2種模型均處于負(fù)壓區(qū)，設(shè)備艙改善了原模型表面壓力左右不對(duì)稱的問題，避免出現(xiàn)列車運(yùn)行過程中左右受力不均的現(xiàn)象。有設(shè)備艙時(shí)車身壓力絕對(duì)值小于無設(shè)備艙時(shí)情況，且距離地面越近有設(shè)備艙時(shí)壓力絕對(duì)值比無設(shè)備艙時(shí)大的越多。圖6(d)為=1 m，為負(fù)方向時(shí)，頭車鼻尖點(diǎn)至尾車鼻尖點(diǎn)的壓力變化。無設(shè)備艙比有設(shè)備艙時(shí)車身壓力波動(dòng)更劇烈。有設(shè)備艙模型最大負(fù)壓小于無設(shè)備艙模型。

(a) 無裙板頭車車底設(shè)備(側(cè)視圖)；(b) 有裙板頭車車底設(shè)備(側(cè)視圖)；(c) 無裙板頭車車底設(shè)備(俯視圖)；(d) 有裙板頭車車底設(shè)備(俯視圖)

(a) Y=0 m時(shí)車頂表面壓力系數(shù)；(b) Y=0 m時(shí)車底表面壓力系數(shù)；(c) X=?22 m時(shí)車身表面壓力系數(shù)；(d) Z=1 m時(shí)車身表面壓力系數(shù)

3.3 氣動(dòng)力結(jié)果分析

表2為列車加裝裙板或者設(shè)備艙后在明線環(huán)境下運(yùn)行時(shí)各氣動(dòng)力系數(shù)結(jié)果。對(duì)比數(shù)據(jù)可知，裙板的存在對(duì)頭車、尾車阻力影響較大，頭車阻力減少5.84%，尾車阻力減少9.40%，這是由于在列車底部兩側(cè)安裝裙板后，裙板結(jié)構(gòu)可以很好地阻擋車體兩側(cè)進(jìn)入地下設(shè)備的氣流，從而大大減少底下設(shè)備迎風(fēng)側(cè)和背風(fēng)側(cè)的壓力差，壓差阻力大大減少。有裙板比無裙板時(shí)整車阻力下降了7.48%。列車阻力仍滿足尾車＞頭車＞中車的關(guān)系。通過對(duì)升力數(shù)據(jù)進(jìn)行分析可知，裙板的存在對(duì)尾車升力的影響幾乎為0，頭車和中間車2升力減小，頭車減少了21.36%，中間車2減少了34.85%，中間車1升力有所上升，上升了20.28%。

對(duì)比列車各部位阻力系數(shù)可以看到，設(shè)備艙的存在對(duì)列車阻力影響較大，頭車阻力減少6.63%，第1節(jié)中間車減少了12.10%，第2節(jié)中間車和尾車分別減少了1.67%和14.96%。有設(shè)備艙模型比無設(shè)備艙模型整車阻力下降了10.5%。通過對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析對(duì)比可以看到，有設(shè)備艙時(shí)頭車升力減小，頭車減少了64%，中間車1減少了165.73%，中間車2升力絕對(duì)值為原始模型的2.46倍，尾車升力上升了2.23%。

列車阻力大小很大程度上取決于頭車和尾車部位的壓力差，底部結(jié)構(gòu)的設(shè)備改變了列車周圍的流場結(jié)構(gòu)。由圖7可知，安裝裙板對(duì)頭車第1個(gè)轉(zhuǎn)向架和尾車轉(zhuǎn)向架影響不大，主要影響頭車第2個(gè)轉(zhuǎn)向架和中間車的轉(zhuǎn)向架，對(duì)于無裙板的原始模型，高速氣流會(huì)直接作用在轉(zhuǎn)向架區(qū)域，使得轉(zhuǎn)向架前后兩端的速度差很大，并伴隨明顯的旋渦，造成較大能量耗散，裙板的安裝可以減少列車兩側(cè)周圍來流，使得通過該區(qū)域的氣流穩(wěn)定，且未見較大的渦流形成，從而減小轉(zhuǎn)向架區(qū)域的阻力。對(duì)比原始模型和安裝設(shè)備艙模型各轉(zhuǎn)向架的阻力系數(shù)可知，安裝設(shè)備艙會(huì)大大增加頭車轉(zhuǎn)向架阻力，這是由于位于轉(zhuǎn)向架后方設(shè)備艙的端板具有阻擋作用，部分氣流回流，形成較多細(xì)小的渦旋，使得該區(qū)域流場結(jié)構(gòu)較為混亂，從而使頭車轉(zhuǎn)向架壓差阻力增大。氣流順著車底板向后流動(dòng)，來流變得較為平緩，轉(zhuǎn)向架區(qū)域渦旋減少，因而中間車轉(zhuǎn)向架和尾車第1個(gè)轉(zhuǎn)向架壓差阻力減小。

表2 列車氣動(dòng)力系數(shù)

圖7 各個(gè)轉(zhuǎn)向架阻力系數(shù)

當(dāng)城際列車在橫風(fēng)環(huán)境下運(yùn)行時(shí)，列車整體的氣動(dòng)性能會(huì)急劇下降，列車自身將會(huì)受到較大的橫向氣動(dòng)力作用，使得列車運(yùn)行平穩(wěn)性下降，嚴(yán)重時(shí)甚至?xí)斐闪熊嚸撥墐A覆，直接影響旅客的生命和財(cái)產(chǎn)安全。由于我國城際列車行駛線路上存在較多橫風(fēng)區(qū)，所以須對(duì)橫風(fēng)環(huán)境下城際列車的氣動(dòng)性能作進(jìn)一步分析。圖8為橫風(fēng)環(huán)境下各模型城際列車的側(cè)向力系數(shù)和傾覆力矩系數(shù)對(duì)比結(jié)果。由圖8可知，安裝裙板后，頭車側(cè)向力和傾覆力矩絕對(duì)值分別增加了2.81%和6.90%。第1節(jié)中間車側(cè)向力增加8.26%，傾覆力矩增加3.08%。第2節(jié)中間車側(cè)向力增加6.18%，傾覆力矩增加1.54%。尾車傾覆力矩減少了3.17%，側(cè)向力增加5.53%。分析氣動(dòng)力可知裙板增加了列車側(cè)向的迎風(fēng)面積，惡化了列車的橫風(fēng)穩(wěn)定性。通過比較有無設(shè)備艙時(shí)列車各部位氣動(dòng)力無量綱化的結(jié)果可知：有設(shè)備艙模型比無設(shè)備艙時(shí)各節(jié)車側(cè)向力和傾覆力矩均大，中間車側(cè)向力和傾覆力矩均增大。頭車和尾車側(cè)向力和傾覆力矩分別增加了61.76%，54.64%，3.32%和6.54%。由此可見，設(shè)備艙的存在惡化了列車橫風(fēng)氣動(dòng)特性，使列車的安全性下降。

圖8 橫風(fēng)環(huán)境下氣動(dòng)力系數(shù)

4 結(jié)論

1) 安裝裙板可以有效抑制城際列車底部渦流的形成，大大改善列車底部的流場結(jié)構(gòu)，使其流場趨于平滑過渡狀態(tài)，減少了列車頭部和運(yùn)行周圍兩側(cè)的氣流對(duì)列車底部轉(zhuǎn)向架區(qū)域流場的影響。

2) 安裝半包式裙板對(duì)頭車、尾車阻力影響較大，大大減少了列車運(yùn)行阻力，有裙板比無裙板時(shí)整車阻力下降了7.48%。但是橫風(fēng)穩(wěn)定性降低，側(cè)向力和傾覆力矩顯著增大。

3) 安裝設(shè)備艙可以減小列車運(yùn)行時(shí)氣動(dòng)阻力，有設(shè)備艙模型比無設(shè)備艙模型整車阻力下降了10.5%。列車阻力仍滿足尾車＞頭車＞中車的關(guān)系。橫風(fēng)穩(wěn)定性急劇惡化，對(duì)頭車的影響最大，頭車側(cè)向力和傾覆力矩增幅為61.76%和54.64%。

4) 安裝裙板對(duì)頭車第1個(gè)轉(zhuǎn)向架和尾車轉(zhuǎn)向架影響不大，主要影響頭車第2個(gè)轉(zhuǎn)向架和中間車的轉(zhuǎn)向架；安裝設(shè)備艙會(huì)大大增加頭車轉(zhuǎn)向架阻力，這是由于位于轉(zhuǎn)向架后方設(shè)備艙的端板具有阻擋作用，部分氣流回流，形成較多細(xì)小的渦旋，使得該區(qū)域流場結(jié)構(gòu)較為混亂，從而使頭車轉(zhuǎn)向架壓差阻力增大。

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Influence of the bottom structure on the aerodynamic performance of intercity train

HONG Qichen, YANG Mingzhi, LIU Dongxue

(Key Laboratory of Traffic Safety on Track, Ministry of Education, School of Traffic & Transportation Engineering, Central South University, Changsha 410075, China)

Based on the numerical simulation method, the aerodynamic performance of the intercity trains which equipped with skirt plate or equipment cabin was analyzed in detail under the condition of the open air and the crosswind environment. The results indicate that the aerodynamic drag was reduced by 7.48% in the open air when the skirt plates are installed at the bottom of the train, while the aerodynamic drag was reduced by 10.51% when the train equipped with equipment cabin. Under the crosswind condition, the aerodynamic drag can be decreased effectively by installing skirt plates, but the lateral force of each car increased by 2% to 8%; The aerodynamic drag of each car by installing equipment cabin decreased by 39.22%, 23.52%, 30.02% and 43.70% respectively, the lateral force of the head car changed sharply, which is increased by 61.76% and the driving safety is reduced. This paper provides a reference for the optimization of the optimization of intercity trains.

intercity train; numerical calculation; aerodynamic performance; bottom structure

10.19713/j.cnki.43?1423/u.2018.11.027

U271

A

1672 ? 7029(2018)11 ? 2947 ? 09

2017?09?07

國家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(U11372360)；國家科技支撐計(jì)劃資助項(xiàng)目(2015BAG12B01)；國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目(2016YFB1200602)

楊明智(1972?)，男，湖南望城人，副教授，從事空氣動(dòng)力學(xué)研究；E?mail：yqyymz@126.com

(編輯 陽麗霞)